一種零功耗射頻讀表的電能表的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電磁測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種智能電能表，尤其涉及一種零功耗射頻讀表的電能表，其能夠在電能表處于不同狀態(tài)下(包括工作正常，故障，損壞，供電正常，供電失效等環(huán)境下)通過非接觸的方式讀取電能表數(shù)據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，各種智能電能表應(yīng)用已經(jīng)普及，抄表系統(tǒng)可以通過有線的或者無線的方式將計(jì)量數(shù)據(jù)采集、分析、處理。
[0003]例如中國專利申請(qǐng)第201110399711號(hào)公開的一種遠(yuǎn)程單相費(fèi)控智能電能表，其包括微處理器、電能表計(jì)量單元、電壓采樣單元、電流采樣單元和電源電路；所述電壓采樣單元和電流采樣單元的信號(hào)輸出端連接電能表計(jì)量單元的信號(hào)輸入端；電能表計(jì)量單元的數(shù)據(jù)輸出端連接微處理器的數(shù)據(jù)輸入端；所述微處理器的輸出端連接有LCD顯示模塊、繼電器控制輸出接口、秒信號(hào)輸出接口、電能脈沖輸出接口 ；微處理器的控制輸入端連接有按鍵；微處理器還連接有時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)器、紅外通訊電路和串行通信電路；所述電源電路的電源輸入端連接有蓄電池，電源電路的電源輸出端分別連接電能表計(jì)量單元的電源輸入端、微處理器的電源輸入端和串行通信電路的電源輸入端。本技術(shù)方案具有獨(dú)立的紅外和RS485通訊接口，支持遠(yuǎn)程費(fèi)控功能。
[0004]在遠(yuǎn)程抄表的電能表系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)作為整個(gè)系統(tǒng)最重要的信息，是整個(gè)系統(tǒng)服務(wù)的對(duì)象。在實(shí)際使用中，電能表很有可能發(fā)生故障，損壞等情況，導(dǎo)致電量數(shù)據(jù)無法正常讀取，給電力局帶來的是巨大的損失。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種零功耗射頻讀表的電能表。在電能表工作正常，故障，損壞，供電正常，供電失效等不同環(huán)境下通過無線的方式讀取電能表中的數(shù)據(jù)。
[0006]依據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，提供一種零功耗射頻讀表的電能表，一種零功耗射頻讀表的電能表，其包括主控制器、電能計(jì)量模塊、通訊模塊和存儲(chǔ)模塊；主控制器包括CPU及其最小系統(tǒng)電路，由電阻Rl和Cl串聯(lián)組成復(fù)位電路，電阻Rl —端接+5V電源及CPU的VCC端口、電阻Rl另一端連接電容Cl及CPU的RESET端口；電容Cl 一端接電阻Rl及CPU的RESET端口、另一端接地及CPU的VSS端口。
[0007]其中，電能計(jì)量模塊包括計(jì)量芯片U2、晶振電路、電流和電壓采樣電路、脈沖燈電路。
[0008]計(jì)量芯片的MMDl、DVDD、MMDO端口均連接計(jì)量電源V_Msr端，DGND、AGND端口均連接計(jì)量電壓GND端。晶振X2兩端連接計(jì)量芯片OSCO、OSCI端口，為計(jì)量芯片提供時(shí)鐘源；電阻R6與LEDl串聯(lián)后連接計(jì)量芯片的脈沖輸出端CFl端，實(shí)現(xiàn)電量脈沖的顯示。差分阻容濾波電路中，電阻R3 —端接II+、電阻R3另一端連接電阻R4及地端；電阻R4 —端接I1-、電阻R4另一端連接電阻R3及地端。電阻R2 —端接II+、電阻R2另一端連接電容C2及計(jì)量芯片的I IN ;電阻R5 —端接11-、電阻R5另一端連接電容C3及計(jì)量芯片的11P。電容C2一端接電阻R2及計(jì)量芯片的I IN、電容C2的另一端接電容C3及地端；電容C3 —端接電阻R5及計(jì)量芯片的IIP、電容C3的另一端接電容C2及地端。
[0009]優(yōu)選地，通訊模塊包括485芯片U4及其保護(hù)電路，485芯片U4的R端口接CPU的RXD端口，485芯片U4的RE和DE端口均接CPU的TXD端口，485芯片U4的D端口接CPU的P04端口；電容C4 一端接485模塊電源端及485芯片U4的VCC端口、電容C4的另一端接485模塊電源地端。
[0010]更優(yōu)選地，電阻RlO —端接485模塊電源端及電容C4、電阻RlO的另一端接485芯片U4的A端口及瞬變電壓抑制二極管TVS。
[0011]進(jìn)一步地，熱敏電阻F4—端接瞬變電壓抑制二極管TVS及電阻R9、熱敏電阻F4的另一端接485總線B端口 ；瞬變電壓抑制二極管TVS —端接熱敏電阻F4、瞬變電壓抑制二極管TVS的另一端接電阻RlO及485總線A端口；電阻R9 —端接485芯片U4的B端口及電容熱敏電阻F4、電阻R9的另一端接485芯片U4的GND端口及485模塊電源地端。
[0012]有益效果:使用本實(shí)用新型后，電能表在失電、故障甚至損壞的情況下，使用射頻讀卡器可以通過射頻信號(hào)為電能表的EEPROM供電，并讀寫數(shù)據(jù)，讀出電能表的電量等數(shù)據(jù)及事件記錄，為故障維修提供更多信息，同時(shí)避免了電量信息丟失導(dǎo)致的電費(fèi)無法收取，減少了電力局的經(jīng)濟(jì)損失。
【附圖說明】
[0013]圖1是依據(jù)本實(shí)用新型的零功耗射頻讀表的電能表的結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖2是零功耗射頻讀表的電能表的電氣原理圖；
[0015]圖3是零功耗射頻讀表的電能表的通信模塊電氣原理圖；
[0016]圖4是零功耗射頻讀表的電能表的載波模塊保護(hù)電路原理圖；
[0017]圖5是RFID讀寫器讀取電表數(shù)據(jù)過程示意圖；
[0018]圖6是零功耗射頻讀表的電能表的軟件流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。另外地，不應(yīng)當(dāng)將本實(shí)用新型的保護(hù)范圍僅僅限制至下述具體結(jié)構(gòu)或部件或具體參數(shù)。
[0020]本實(shí)用新型的零功耗射頻讀表的電能表，具體指電能表處于不同狀態(tài)下，包括工作正常，故障，損壞，供電正常，供電失效等環(huán)境下，能夠通過非接觸的方式讀取電能表數(shù)據(jù)。
[0021]在本實(shí)用新型中應(yīng)用了 RFID系統(tǒng)，即提供了一種讀取無源標(biāo)簽的技術(shù)，如果將無源標(biāo)簽作為電能表的存儲(chǔ)單元。就可以有效的解決電能表在故障，損壞等情況下無法讀出數(shù)據(jù)的問題。解決這些問題的前提條件是存儲(chǔ)單元既具有RF接口又能夠與儀表通訊，存儲(chǔ)儀表數(shù)據(jù)。RFID(射頻識(shí)別:rad1 frequency identificat1n)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，作為條形碼的無線版本，RFID技術(shù)具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息更改自如等優(yōu)點(diǎn)。
[0022]在本實(shí)用新型中，RFID系統(tǒng)的基本工作流程是:讀寫器通過內(nèi)部的射頻天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)無源標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器的射頻天線工作區(qū)域時(shí)，利用波束供電技術(shù)，將接收到的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為直流電源，為無源標(biāo)簽內(nèi)電路供電，無源標(biāo)簽獲得能量被激活，響應(yīng)讀寫器的射頻信號(hào)，將標(biāo)簽中的信息，通過無源標(biāo)簽的天線利用載波信號(hào)發(fā)送給讀寫器。
[0023]在本實(shí)用新型使用的M24LR64是一款內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)I2C串口的EEPROM存儲(chǔ)器，可與大多數(shù)微控制器通信，此外，還提供一個(gè)IS015693標(biāo)準(zhǔn)的RF(射頻)接口，可與RFID閱讀器進(jìn)行無線通信。IS015693是一種無源RFID標(biāo)準(zhǔn)，能同時(shí)從RF系統(tǒng)獲取電能和數(shù)據(jù)。在RF模式下，讀寫M24LR64不需要電源，從而節(jié)省板上電源，輕松、便捷地?zé)o線存取電子產(chǎn)品參數(shù)。I2C(Inter — Integrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C已經(jīng)成為一種較為常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，具有協(xié)議完善、支持芯片較多和占用I/O端口少等優(yōu)點(diǎn)。目前有很多半導(dǎo)體集成電路上都集成了 I2C接口。本實(shí)用新型提供的方法是將以上技術(shù)結(jié)合起來，通過非接觸的方式在不同環(huán)境下，讀取電能表數(shù)據(jù)。
[0024]本實(shí)用新型的零功耗射頻讀表的電能表技術(shù)是一種最大限度的保證現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)不丟失的技術(shù)，尤其是在電能表發(fā)生故障時(shí)，無法主動(dòng)或被動(dòng)上傳數(shù)據(jù)的條件下更能夠發(fā)揮其重要作用?，F(xiàn)有讀寫技術(shù)均通過喚醒CPU，由CPU通過I2C總線讀取EEPROM數(shù)據(jù)，再通過紅外和485等通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。本方案直接讀取EEPROM的數(shù)據(jù)，可以降低電能表硬件保養(yǎng)成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，延長電能表壽命。
[0025]本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案是:智能電能表在原有電路結(jié)構(gòu)上增加有I2C接口和RF接口的雙接口 EEPR0M，智能電能表的MCU與EEPROM通過I2C接口連接，并遵照I2C通信協(xié)議的規(guī)約將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至RF-EEPROM。EEPROM通過RF接口連接電路板上的內(nèi)置天線，可以接收來自RFID讀寫器的指令，并從RF系統(tǒng)獲取電能，使EEPROM不依靠智能電能表的電能也可以正常工作。RFID讀寫器可以通過USB接口連接到上位機(jī)，上位機(jī)控制RFID讀寫器向EEPROM發(fā)送指令并寫入或讀取數(shù)據(jù)。
[0026]以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0027]參考附圖1，具體給出零功耗射頻讀表的電能表的結(jié)構(gòu)框圖，零功耗射頻讀表的電能表可分為電能表主控電路、EEPROM模塊電路、射頻天線三部分組成。電能表主控電路是電能表的核心部分，包括微處理器模塊、計(jì)量模塊、485通信模塊、液晶顯示模塊、繼電器控制模塊等，電能表主控電路完成計(jì)量、通信、顯示、控制等功能。EEPROM模塊電路為電能表提供存儲(chǔ)器，微處理器通過I2C總線與EEPROM通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取功能。射頻天線接收外部RF信號(hào)，輸入到EEPROM模塊電路，EEPROM將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為讀寫指令，并從RF系統(tǒng)獲取電能，所以不依靠智能電能表的電能也可以正常工作。
[0028]參考附圖2，進(jìn)一步給出零功耗射頻讀表的電能表的電氣原理圖，本實(shí)用新型的零功耗射頻讀表的電能表包括主控制器、電能計(jì)量模塊、通訊模塊和存儲(chǔ)模塊。其中主控制器是電能表的核心，在整個(gè)系統(tǒng)起到邏輯運(yùn)算和控制的作用；計(jì)量模塊用于采集電流電壓信號(hào)并計(jì)量用戶電量；通訊模塊用于電能表與上位機(jī)的遠(yuǎn)程通信；存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)電量及事件等數(shù)據(jù)。
[0029]主控制器包括CPU及其最小系統(tǒng)電路，由電阻Rl和Cl串聯(lián)組成復(fù)位電路，電阻Rl一端接+5V電源及CPU的VCC端口、電阻Rl另一端連接電容Cl及CPU的RESET端口；電容Cl 一端接電阻Rl及CPU的RESET端口、另一端接地及CPU的VSS端口。
[0030]電能計(jì)量模塊包括計(jì)量芯片U2、晶振電路、電流和電壓采樣電路、脈沖燈電路。計(jì)量芯片的MMD1、DVDD、MMDO端口均連接計(jì)量電源V_Msr端，DGND、AGND端口均連接計(jì)量電壓GND端。外部火線實(shí)際電流的采樣電流經(jīng)繼電器的錳銅片后轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)(參見圖2中的11+/I 1-端接至繼電器)，采樣電流經(jīng)過由電阻R2、R3、R4、R5、電容C2、C3組成的差分阻容濾波電路之后，輸入到計(jì)量芯片電流采樣端口 I1N、I1P?；鹁€電壓經(jīng)R7電阻分壓后輸入到計(jì)量芯片電壓采樣端口 V